淺談“分子的立體構型”的有效教學

陳楠楠 楊明生

摘要：普通高中化學選修三《物質結構與性質》第二節“分子的立體構型”是高考全國卷選考題經常考的內容，判斷所給分子或離子的空間構型已經成為各類考試考查的熱點。本文從教學的有效性出發，圍繞“分子的立體構型”教學內容的線索問題及教學中需要重點解決的問題等進行了分析和探討。

關鍵詞：分子? 立體構型? 有效教學

全國卷高考化學選考內容分別涉及兩個模塊，即考生可以在選修三《物質結構與性質》和選修五《有機化學基礎》等兩個選修模塊的試題中任選一道試題作答。通過對2016年安徽省全國卷高考考生化學選考試題的得分情況（見表1）分析可見，雖然選考選修五的考生相對比較多，但選考選修三試題的滿分人數較多。

由于選修三試題難度小，得分容易，再加上教學內容少，所需要的教學時間短，所以高考中一定會有越來越多的學生選擇選修三作為高考化學的選考模塊。以往在很多省份的自主命題中對選修三模塊內容不做考試要求或只做部分考試要求，因而選修三的內容對于一線化學教師來說很陌生，對很多老師來說甚至是第一次嘗試教學，教學資源相對缺乏，有關內容的教學經驗嚴重不足。因此，教師只能參照教科書及教學參考書上的內容及知識線索安排教學，導致教學中出現了教學效果不佳、教學效率不高的情況。現結合筆者自身的教學經驗及教學體會，對“分子的立體構型”的有效教學提出一些建議。

一、內容線索

人教版選修三《物質結構與性質》第二章第二節“分子的立體構型”所安排的主要內容線索大致為：形形色色的分子→價層電子對互斥理論→雜化軌道理論→配合物理論。教學內容主要就兩點：一是分子與離子構型的判斷，這是高考選考37題中經常出現的一道小題;二是配位鍵與配位化合物的知識。關于分子或離子構型判斷，人教版教科書中的內容線索為：從列舉出常見的形形色色分子結構式、結構模型出發，引出價層電子對互斥理論，通過計算與判斷、確定分子的結構模型，再進一步引出雜化軌道理論，進一步判斷相關的分子結構模型。這樣的線索，顯然是有必要的，先創設確定分子構型方法的必要性情境，引發學生興趣，激發學生熱情，進而再進一步學習價電子層互斥理論、雜化軌道理論，以求得到判斷分子構型的一般方法。但在實際教學中，我們發現這個線索并不是最佳的，判斷起來也不是最為有效的，特別是對離子構型的判斷并不是可靠的方法。根據教學實踐探索和教學檢驗結果，知識內容采取以下線索實施教學，效果比較理想：先以最為常見的分子如二氧化碳分子、甲醛分子、氨分子、水分子、甲烷分子等為例，讓學生指出它們的鍵角（建立鍵角與分子構型的關系，鞏固鍵角的概念），判斷它們的立體構型（這里主要是鞏固前知，為后面的教學服務），寫出它們的電子式（區分結構中電子對的不同，區分出共用電子對與孤對電子對，比較有無孤對電子對的同類型分子的結構）;再指出中心原子的雜化方式，進一步建立鍵角、有無孤對電子對，以及中心原子雜化方式與它們的分子構型的關系;最后再列舉出常見的分子或離子，如二氧化硫、亞硫酸根離子、三氧化硫、硫酸根離子、氯酸根子、高氯酸根離子、碳酸根離子等，讓學生運用前面的經驗判斷它們的模型，最后引出判斷分子構型的另一種方法。

二、教學重點

雖然人教版“分子的立體構型”共安排了長達10頁的教學內容，但實際教學內容主要就兩個方面：一是分子或離子構型的判斷，二是配位化學的簡單知識。顯然，教學中只要通過典型案例說明什么是配位鍵、形成配位鍵的條件是什么、哪些物質中存在配位鍵、配位化合物的組成及命名方式等就行了，因此，這一節的教學重難點就是分子或離子構型的判斷。而人教版教科書“分子的立體構型”在處理這個教學重難點時，先是在“形形色色的分子”中簡單列舉了常見分子的結構式、結構模型，然后非常隆重地推出在蘇教版、魯科版中只是作為“拓展視野”的所謂的價層電子對互斥理論或模型（VSERP），輕描淡寫地介紹了雜化軌道，對雜化方式與分子構型作了簡單的對比。在實際教學中我們發現，這種處理重難點的方法不見效，所推出的理論抽象，需要建立的概念和公式多，實用性不強，學生在實際解題中判斷不準確，教學效果不理想。在實際教學中我們還發現，如果我們在教學中從這一節的開始就貫穿讓學生學會如何判斷常見的分子或離子構型這項任務，教學效果就會截然不一樣。

我們首先需要幫助學生設法通過經驗建構來建立常見的分子類型與空間構型的關系。然后分別從四個方面來安排教學，也就是讓學生學會從四個方面來判斷常見的分子或離子的構型。

1.依據鍵角大小

其實鍵角并不是什么判斷依據，而只是讓學生知道某種分子類型的鍵角與分子構型之間的關系。例如，對AB2型分子，如果鍵角為180°，則分子構型對稱，呈直線形;如果鍵角為104.5°，則為變形分子，即V形分子。

2.依據有無孤對電子

分子的中心原子無孤對電子，分子中各原子充分伸展，結構對稱;分子的中心原子有孤對電子，孤對電子對共用電子對產生排斥，結構變形。例如，BeCl2、BF3、CH4等分子的中心原子無孤對電子，結構對稱，分別為直線形、平面三角形和正四面體形。而H2O、NH3等分子中有孤對電子，結構變形，分別為V形和三角錐形結構。這種判斷也非常簡單，只要學生能把電子式寫正確，把分子組成類型對照準確，就能判斷分子立體構型是對稱還是變形，進而確定相關分子的立體構型。

3.依據雜化方式

實際上雜化方式也不是判斷分子構型的依據，但我們也是希望學生充分建立雜化方式、雜化軌道伸展方向和分子構型之間的關系，當然判斷分子構型還需要結合其他原理加以正確判斷。例如，乙醛分子、乙炔分子、甲烷分子中碳原子分別采取了SP2、SP、SP3雜化，中心原子又無孤對電子，則它們全部呈現對稱型結構，即平面三角形、直線形和正四面體形。再如，氨分子中的氮原子也采取的是SP3雜化，充分伸展的雜化軌道之間的夾角為109°28′，如果4條軌道全部有共用電子對，則應該是正四面體形，但氨分子中有1對孤電子，則為變形結構，呈三角錐形，當NH3結合一個H+以后，所有電子對都變成了共用電子對，結構則變成了對稱結構，即呈正四面體形。又如，H2O的中心原子氧原子也是SP3雜化，含有兩對孤對電子，結構變形，為V形結構，當結合一個H+以后變成了H3O+，仍含1對孤對電子，結構變形，為三角錐形結構，再結合一個H+以后變成了H4O2+，結構對稱，為正四面體結構。

4.依據中心原子化合價

中心原子元素化合價對分子或離子的構型判斷有著非常重要的價值。在給出常見

的二氧化硫分子、亞硫酸根離子、三氧化硫分子、硫酸根離子、氯酸根子、高氯酸根離子、碳酸根離子、硝酸根離子等后，讓學生去判斷，這時候學生就會產生困惑，此時如果我們因勢利導地帶領學生分析中心原子元素的化合價，就會發現這些分子或離子的中心原子元素化合價有的等于價電子數，有的則不等于價電子數，于是就有了這么一條規律：中心原子元素化合價=中心原子的價電子數，結構對稱;中心原子化合價≠中心原子的價電子數，結構變形。所以無論是分子或是離子，只要判斷出中心原子元素的化合價，結合分子組成類型和中心原子價電子數，就可以準確做出判斷。因此，二氧化硫分子、亞硫酸根離子、氯酸根子等中心原子元素化合價不等于價電子數，則它們的結構變形，如亞硫酸根離子為AB3形離子，結構變形，三角錐形;高氯酸根離子、碳酸根離子、硝酸根離子、三氧化硫分子、硫酸根離子等中心原子元素化合價等于它們的價電子數，則它們的結構對稱，再如，硝酸根離子也為AB3形離子，結構對稱，立體構型必然為平面三角形。

參考文獻：

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